Pobierz najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Zipstream i dynamiczna modyfikacja parametrów kompresji

Printer Friendly and PDF

Jednym z priorytetów w branży wizyjnych systemów dozorowych jest obraz o najwyższej jakości. Istnieją jednak ograniczenia dotyczące zapisu obrazu na dysku i jego transmisji przez sieć IP, które wynikają z przepustowości łącza oraz pojemności pamięci masowej. Cena dyskowej pamięci masowej nadal istotnie wpływa na cenę systemu dozorowego, mimo iż ceny takich urządzeń są coraz niższe. Podobnie jest z przepustowością łącza – mimo rosnących możliwości sieci nadal często występują przeciążenia podczas transmisji obrazów o wysokiej jakości. Jak zatem poradzić sobie z ograniczeniem przepustowości oraz przestrzeni w pamięci masowej?

Rozwiązania dostosowane do wymagań

Jedną z metod oszczędzania miejsca na dysku jest nadpisywanie materiału – nowe nagrania zastępują starsze. W przypadku obrazów taka metoda zapisu może nie być do zaakceptowania. Ponadto w żaden sposób nie rozwiązuje ona problemu przesyłania obrazów przez łącze o ograniczonej przepustowości.

Rozwiązania alternatywne polegają na przetwarzaniu obrazu mającym na celu zmniejszenie przepływności strumienia wizyjnego, która jest miarą ilości danych przesyłanych w każdej sekundzie przez sieć.

Sposoby obniżenia przepływności:

 

  • zmniejszenie rozdzielczości obrazu,
  • zmniejszenie częstotliwości odświeżania obrazu,
  • zwiększenie poziomu kompresji.

 

Każdy z wymienionych sposobów może spowodować utratę ważnych informacji, których źródłem jest obraz. Niższa częstotliwość odświeżania oznacza brak niektórych obrazów, a niższa rozdzielczość i silna kompresja powoduje utratę bądź rozmycie szczegółów obrazu.

Rys. 1. Górny wykres pokazuje poziom przepływności binarnej dla kamery z wyłączoną funkcją Zipstream. Wykres środkowy pokazuje poziom przepływności binarnej dla kamery z włączoną funkcją dynamicznego wyboru obszaru zainteresowania ROI. Dolny wykres pokazuje poziom przepływności binarnej dla kamery z włączoną funkcją dynamicznego wyboru obszaru zainteresowania ROI oraz włączoną funkcją dynamicznej modyfikacji wielkości grupy obrazów GOP. Fragment wykresu w kolorze zielonym pozwala ocenić zachodzące różnice.

Jak działa technologia Axis Zipstream?

W każdej metodzie kodowania jakiemu poddawany jest strumień wizyjny przygotowywany do transmisji i zapisu stosowana jest jakaś kompresja.

H.264 jest obecnie najpopularniejszym standardem kompresji stosowanym podczas kodowania obrazu. On i jego następca – H.265 – będą prawdopodobnie głównymi standardami kompresji obrazu wykorzystywanymi w najbliższej przyszłości. Technologia Axis Zipstream stanowi znaczący krok naprzód w dziedzinie implementacji standardu H.264. Dzięki niej wymagana przepustowość sieci i wymagana pojemność pamięci masowej mogą być o połowę mniejsze niż w przypadku zwykłego sposobu wykorzystania standardu H.264, a zatem można go wykorzystać skuteczniej. 

Rys. 2. Wielkość GOP jest mniejsza, gdy w scenie występuje ruch. Zwiększa się dynamicznie, gdy ruchu jest mniej, co oznacza zmniejszenie liczby ramek typu I

 

Axis Zipstream wprowadza pewne metody modyfikacji parametrów kompresji powodujące zmniejszenie przepływności strumienia wizyjnego:

 

  • dynamiczny wybór obszaru zainteresowania (ROI),
  • dynamiczna modyfikacja wielkości grupy obrazów (GOP), 
  • dynamiczna modyfikacja częstotliwości odświeżania obrazów (FPS).

 

Metody te można stosować niezależnie od siebie lub łącznie celem redukcji przepływności strumienia wizyjnego i – docelowo – możliwie najlepszego wykorzystania dostępnej przepustowości sieci.

Dynamiczny wybór obszaru zainteresowania (ROI)

Dzięki możliwości dynamicznego wyboru obszaru zainteresowania, czyli fragmentu obrazu mającego kluczowe znaczenie dla oceny sytuacji, możliwe jest zmniejszenie przepływności strumienia wizyjnego wytwarzanego przez kamerę. 

Analizowana jest treść całego obrazu. Obszar zainteresowania zmienia się w czasie. Może się powiększać, zmniejszać, zmieniać kształt, dzielić na kilka mniejszych obszarów, ponownie łączyć, całkowicie znikać bądź pojawiać się na nowo – w zależności od zmian zachodzących w obserwowanej scenie. Bezpośrednią korzyścią z zastosowania dynamicznego wyboru obszaru zainteresowania jest natychmiastowa adaptacja przepływności strumienia danych, niezależnie od miejsca wystąpienia zmian w obrazie.

Dynamiczna modyfikacja wielkości grupy obrazów (GOP)

Dzięki możliwości dynamicznej modyfikacji wielkości grupy obrazów (ang. group of pictures – GOP) interwał pomiędzy ramkami typu I zmienia się dynamicznie w zależności od ilości ruchu w scenie. Ramka typu I zawiera pełny obraz sceny i jest większa od ramki typu P zawierającej jedynie informacje o zmianach względem poprzedniej ramki. W scenach z niewielką ilością ruchu lub nieruchomych przesyłanych jest niewiele nowych ramek typu I, zatem przepływność strumienia wizyjnego jest znacznie mniejsza, a przy tym zachowany jest wymagany poziom szczegółowości obrazu. Wielkość GOP jest dostosowywana w czasie rzeczywistym do ilości ruchu w scenie.

Dynamiczna modyfikacja częstotliwości odświeżania obrazów (FPS)

Wykorzystanie dynamicznej modyfikacji częstości odświeżania pozwala na znaczną redukcję przepływności strumienia wizyjnego dzięki zmniejszeniu liczby przesyłanych obrazów w przypadku obserwacji scen statycznych. Ruch w scenie jest traktowany jako zmienna kontrolująca odpowiednio zmniejszenie lub zwiększenie częstości dostarczanych obrazów. Niewielki ruch w znacznej odległości od miejsca instalacji kamery może nie spowodować zwiększenia poklatkowości obrazów, natomiast ruchome obiekty znajdujące się blisko kamery spowodują ten wzrost. Liczba obrazów wytwarzanych w ciągu sekundy jest ograniczana przez kamerę, co istotnie przyczynia się do ograniczenia ilości danych analizowanych w wielu aplikacjach.

Rys. 3. Częstość odświeżania dynamicznie rośnie, gdy w scenie występuje intensywny ruch. Zmniejsza się, gdy ruch ustaje

 

Zastosowania

Chociaż zmniejszenie przepływności może mieć duże znaczenie w profesjonalnych systemach zarządzania obrazem, utrzymanie jakości obrazu na akceptowanym poziomie jest szczególnie ważne w miejscach o najwyższych wymaganiach dotyczących poziomu bezpieczeństwa. Profesjonalne systemy zarządzania obrazem muszą wykrywać nawet najmniejsze zagrożenia, a także zapewnić możliwość dokonania pozdarzeniowych analiz materiału na potrzeby dowodowe.

Fot. 1. Na zdjęciu u góry przedstawiony jest zwykły strumień wizyjny (o przepływności 1254 kb/s), a poniżej ten sam strumień wizyjny (o przepływności 601 kb/s) po uaktywnieniu funkcji Axis Zipstream o przepływności 601 kb/s 

 

Axis zaleca stosowanie zmiennej przepływności (VBR) w sieciowych systemach wizyjnych, w których jakość obrazu dostosowuje się do zawartości sceny w czasie rzeczywistym. Nie jest zalecane stosowanie stałej przepływności (CBR) przy założeniu redukcji wykorzystania pamięci masowej ze względu na możliwość utraty ważnych szczegółów materiału dowodowego na skutek ograniczenia przepływności.

Fot. 2. Na zdjęciu u góry przedstawiony jest ten sam strumień wizyjny po uaktywnieniu funkcji Axis Zipstream, (przepływność 1433 kb/s), a poniżej zwykły strumień wizyjny, (25 klatek na sekundę, przepływność 2881 kb/s)

 

Podsumowanie

Zipstream umożliwia zastosowanie zmiennej przepływności w celu uzyskania optymalnej jakości obrazu, co pozwala również na zmniejszenie wymaganej pojemności pamięci masowej z zachowaniem możliwości wychwycenia szczegółów obrazu, które będą istotne w postępowaniu dowodowym, np. twarzy, tatuaży czy wyglądu odzieży. Zobrazowane nieruchome lub mniej istotne elementy otoczenia, takie jak ściany czy roślinność, będą silniej skompresowane.

 

Axis Communications
Opracowanie: Redakcja

 

Zabezpieczenia 2/2017

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony